Una svolta nell’energia pulita: la generazione di energia “impossibile” utilizzando il grafene Le sfide del secolo

Un team di ricercatori riferisce di essere riusciti a confutare un principio di lunga data della fisica moderna – secondo cui non è possibile ottenere lavoro utile da fluttuazioni termiche casuali – grazie in parte alle proprietà uniche del grafene.

Il movimento microscopico delle particelle all'interno di un fluido, altrimenti noto come moto browniano per la sua scoperta da parte dello scienziato scozzese Robert Brown, è stato a lungo considerato un mezzo impossibile per tentare di generare lavoro utile.

L'idea era stata messa da parte decenni fa dal fisico Richard Feynman, che nel maggio 1962 propose un esperimento mentale che coinvolgeva un'apparente macchina a moto perpetuo, soprannominata "arruolamento browniano".

In teoria, questo dispositivo sarebbe composto da un ingranaggio e da un cricchetto che vibra mentre è immerso in un bagno di calore, consentendo il movimento solo in una direzione. La premessa è che il movimento unidirezionale produrrebbe una forza in assenza di qualsiasi gradiente di calore, apparentemente sfidando la seconda legge della termodinamica. Tuttavia, Feynman sosteneva che, poiché anche i componenti della macchina saranno sottoposti al moto browniano, ci saranno inevitabilmente dei difetti nel modo in cui funziona, annullando così qualsiasi lavoro utile che potrebbe generare.

Ora, un team di ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università dell’Arkansas sostiene di aver dimostrato che le fluttuazioni termiche nel grafene indipendente possono effettivamente essere utilizzate come parte di un nuovo metodo che consente la creazione di lavoro utile, ribaltando più di un secolo di metodi convenzionali. pensare nella fisica moderna.

Il grafene è un fullerene costituito da un foglio di grafite dello spessore di un solo atomo. A causa della struttura increspata che possiede il grafene indipendente, il suo comportamento unico in risposta alla temperatura ambiente lo ha reso ideale per l'uso nella ricerca del team.

In un articolo che descrive la loro scoperta, il team considera teoricamente “un’ondulazione del grafene come una particella browniana”, che è accoppiata a un circuito di accumulo di energia. Se il circuito e la particella browniana rimangono a una temperatura costante, l'energia non può essere generata dalla particella secondo la seconda legge della termodinamica. Ciò rimane vero anche se nel circuito viene introdotto un diodo raddrizzatore.

"Tuttavia, quando il circuito contiene una giunzione seguita da due diodi collegati in opposizione", spiegano gli autori dell'articolo, "l'approccio all'equilibrio può diventare ultralento". Più specificamente, l'equilibrio tra questi elementi viene temporaneamente interrotto quando la corrente passa attraverso una coppia di diodi, che carica i condensatori di accumulo.

"L'energia raccolta da ciascun condensatore proviene dal bagno termico dei diodi", spiegano gli autori dello studio, "mentre il sistema obbedisce alla prima e alla seconda legge della termodinamica". Quindi, sebbene non vi siano leggi termodinamiche che vengono sfidate, il lavoro utile viene comunque generato dal moto browniano, in netto contrasto con le argomentazioni contrarie di Feynman, vecchie di decenni.

Durante il processo di ricerca, il team, guidato dal professore di fisica dell'Università dell'Arkansas Paul Thibado, ha scoperto che mentre i condensatori più grandi producono più carica immagazzinata, l'uso di condensatori più piccoli a base di grafene offre non solo un tasso di carica più elevato inizialmente ma anche di scaricarsi in un periodo di tempo più lungo. periodo più lungo: un fattore significativo, poiché l’uso della capacità di grafene in questo modo consente di scollegare i condensatori di stoccaggio dal circuito utilizzato per raccogliere l’energia prima della perdita della carica netta.

In un'e-mail a The Debrief, Thibado ha spiegato che la nuova fonte di energia scoperta da lui e dai suoi colleghi è riuscita a sfuggire ai fisici per così tanto tempo a causa delle limitazioni che i ricercatori hanno dovuto affrontare negli anni '60 durante i primi tentativi di risolvere un'equazione differenziale parziale che ha a lungo lasciato perplessi i fisici. .

“Abbiamo trovato questa nuova fonte di energia risolvendo l’equazione di Fokker-Planck (FPE)”, afferma Thibado.

Negli anni '60, più o meno nello stesso periodo in cui Feynman presentò le sue argomentazioni sull'uso del moto browniano per produrre lavoro utile, gli scienziati fecero anche i primi tentativi di risolvere l'equazione di Fokker-Planck.